一、引言
計算機信息化管理技術發展到現在，以計算機技術為基礎的信息化控制技術得到迅猛發展，現在大型火電廠信息化系統的控制已普遍采用集散控制系統DCS和PLC程控系統，大大提高了機組的自動化水平。
火電廠監控信息系統就是采集和處理全廠生產實時數據，廠級監控信息系統作為一種以優化機組運行、提高運行經濟性為主要目標的信息系統，已在火電廠廠級管理方面發揮了重要作用。為配合國內電廠監控信息系統的發展，提供先進控制及優化管理系統。
二、信息化管理系統框架
先進控制及優化管理系統是基于廠級監控信息系統平臺，介于基礎控制系統(DCS、PLS等)和工廠管理信息系統之間，如圖1所示。
圖1 先進控制及優化管理系統框架
先進控制及優化管理系統集優化控制系統和優化管理系統為一體，協助電廠用戶實現管控一體化的目標。其中，優化控制系統主要包括鍋爐燃燒優化控制和過熱蒸汽的溫度優化控制，實現燃燒熱效率的最大化和較低的廢氣排放量，提高了循環效率，同時使煙氣的熱損失最小，對節能減排具有重要意義。
三、信息化控制系統的優化措施
(一)燃燒優化控制。燃燒空燃比是影響鍋爐經濟運行的非常重要的參數。關系到燃燒是否完全，空氣供應是否過剩太多，它是影響鍋爐經濟運行的一個重要指標參數。燃燒優化控制由燃燒優化器和控制協調器組成。燃燒優化器首先建立一個燃燒過程的時變自適應的動態模型。這個模型通過對煙氣成分數據的連續測量及燃燒特征曲線的描述可以表示燃燒過程的熱效率。這個燃燒特征曲線圖說明了燃燒效率、CO和NOx排放量與空燃比的關系。當空燃比上升時，CO排放量呈急速下降趨勢，而NOx排放量卻呈上升趨勢。燃燒優化器考慮煙氣中的CO和NOx濃度隨空燃比的變化規律，同時考慮環保規定的煙氣排放上限值。實時計算最優的燃燒空燃比，實現燃燒熱效率的最大化和較低的廢氣排放量。提供給DCS基礎控制層去執行和參考。燃燒控制協調器接受分配到的總燃料設定值和燃燒優化器計算來的空燃比，考慮燃料供給和空氣流量的實際測量值，同時考慮燃料供給和空氣供給通道不同的動態特性，采用多變量預測控制算法，實時計算燃料供給和空氣流量的目標值。提供給DCS基礎控制層去執行和參考，最終使鍋爐內的空燃比維持在最有效狀態。
(二)蒸汽溫度優化控制。蒸汽溫度優化控制是用來調節過熱蒸汽溫度的，將蒸汽溫度的輸出變化控制到最小。這樣就可以允許較高的溫度設定值以提高機組的循環效率。蒸汽溫度優化控制接收蒸汽溫度設定范圍和過熱蒸汽輸出溫度測量值，考慮煙氣溫度、蒸汽輸入溫度和蒸汽流量的擾動因素，采用預測控制算法計算減溫蒸汽溫度設定值，提供給DCS基礎控制層去執行和參考。蒸汽溫度優化控制將蒸汽溫度的輸出變化控制到最小，可以允許更高的溫度設定值，同時不超出熱應力極限，這樣只能允許較低的溫度設定值，從而獲得較低的循環效率。
四、優化管理系統措施
(一)全廠信息化性能計算。電廠性能的測量和監控對于電廠的整體收益來說已變得日益重要。為了更有效地利用現有的設備滿足電力需求的變化，為了更好地掌握電廠運行狀況并找出需要改進的環節，全廠實時性能計算應運而生。全廠實時性能計算為電廠設備提供所有的熱力學和熱平衡計算，包括全廠性能分析、機組性能分析、鍋爐性能、汽輪機性能、凝汽器性能、給水加熱器性能、空氣預熱器性能、除氧器性能、冷卻塔性能、大型風機和泵的性能等等。
(二)動態負荷分配。隨著電力市場改革的深入，發電廠將更自主地根據市場需求和經濟效益直接安排廠內各機組進行電力生產。動態負荷分配就是根據電廠各機組的運行狀況性能和效率等綜合因素，在幾臺機組問進行合理的負荷分配和調度，使電廠在任何情況都在最經濟的工況下運行。動態負荷分配通過與調度部門進行信息交換，接受調度端對整個電廠下達的日負荷曲線，在線訪問實時和歷史數據庫中的有關各機組設備的運行狀況、性能和效率等信息，自動合理地制定各臺機組每日的運行負荷曲線，供值班長和操作人員執行和參考。
(三)鍋爐吹灰的優化措施。燃煤鍋爐各換熱器表面的結渣和積灰將會導致受熱面熱導率的下降。爐內的吸收總熱量減少，而鍋爐煙氣的溫度上升等。吹灰器是鍋爐實際運行中最常見的一種除灰設備。然而，過度吹灰將會對鍋爐內管路形成腐蝕，并造成熱能損失。爐膛溫度一般都很高(1000℃ 以上)，測量儀器難以安裝，所以實時檢測鍋爐受熱面的積灰程度存在困難。鍋爐吹灰優化首先從實時數據庫讀取相關的歷史數據建立統計模型，同時建立基于熱力學平衡原理的鍋爐系統機理模型。然后采用統計模型和機理模型同時計算鍋爐設備的清潔因子，實時檢測鍋爐各受熱面的清潔程度，對吹灰操作進行收益損耗分析，確定吹灰的損耗一收益平衡點，最大化吹灰效益。
(四)優化設備壽命的管理措施。設備壽命管理用于實現對鍋爐管道、汽包和汽機轉子的金屬材料的老化狀態進行檢測和管理。設備壽命管理根據設備廠家或相關標準和規定對設備的運行狀態和工況的變化情況進行檢測，并進行設備壽命的折算和累計，從而預測部件的老化程度、老化速度、使用壽命和失效時間，并進一步提供綜合的分析和建議。設備壽命管理自動監測各個部件運行實時狀態。實時計算各部件的應力場和溫度場，獲得設備壽命的計算結果。設備壽命管理增加了設備可用性，這意味著更少的設備停機，也減少了維修時間和勞務成本。其結果是增加了產品產量，使生產運行維持在最佳狀態附近。
五、結論
先進控制及優化管理系統通過各種優化控制可以提高鍋爐的燃燒熱效率，減少火電廠的燃料消耗，降低發電成本。通過優化管理系統使電廠操作人員掌握全廠和各機組設備的運行狀況、性能和效率等信息，在幾臺機組間進行合理的負荷分配和調度，進一步保證機組運行安全。延長部件工作壽命。先進控制及優化管理系統將會完善監控信息系統的功能，進一步推動監控信息系統在我國電廠的推廣應用，并為我國倡導的節能減排做出貢獻。
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本文標題：信息化管理系統在火電廠的運用
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